風電行業(yè)核心產(chǎn)業(yè)鏈包括上游原材料，中游風機零部件生產(chǎn)制造與風機整機總裝以及下游風電場投資運營。

　　其中風力發(fā)電機組主要部件包括葉片、變頻器、齒輪箱、電氣控制系統(tǒng)、發(fā)電機、主軸、輪轂等。

　　從整個中國風電產(chǎn)業(yè)鏈來看，大部分環(huán)節(jié)已經(jīng)在過去十多年的發(fā)展中實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但配套大兆瓦機型的主軸軸承和變流器的核心部件等環(huán)節(jié)尚較高程度依賴進口。

　　其中，風電軸承是國產(chǎn)化程度最低的風電結(jié)構(gòu)件。

　　當前國產(chǎn)高端軸承的精度保持性、性能穩(wěn)定性、尤其是壽命和可靠性與國際先進水平仍存在一定差距，但下游整機廠商風機核心零部件的國產(chǎn)化進程仍有所加快。

　　在風機大型化背景下，風機軸承（特別是主軸軸承）在整機零部件材料中價值占比有望提升，國產(chǎn)軸承尤其是大功率主軸市場有望成為未來實現(xiàn)進口替代的主要陣地。

　　自2017年以來風電軸承逐步走出市場低谷，2019年市場規(guī)模達到99.04億元。在裝機量提升、風電機組產(chǎn)量高速增長的背景下，上游風電軸承等零部件進入了高景氣期，2019年、2020年上半年大部分風機零部件企業(yè)保持了業(yè)績的高速增長。預(yù)計2021-2025年中國、全球風電軸承市場規(guī)模CAGR分別為13%、11%。

　　根據(jù)《風能北京宣言》，2021-2025年、2026-2030年年均新增風電裝機容量分別有望達到5000萬千瓦、6000萬千瓦，對應(yīng)的風電軸承市場規(guī)模分別有望達到106億元、127億元。對比2019年54億元左右的市場規(guī)模，行業(yè)市場前景廣闊。

　　風電軸承主要包括風電主軸軸承、偏航軸承、變槳軸承。

　　通常來說，一套風力發(fā)電機組的核心軸承含有：偏航軸承1套，變槳軸承3套，主軸軸承1套，此外根據(jù)不同的風機技術(shù)路線（如雙饋式風機）還可能需要搭配齒輪箱軸承等。

　　變槳偏航軸承主要用于調(diào)整風機朝向及葉片槳距角，保證風機垂直迎風、輸出功率穩(wěn)定在安全高效的范圍內(nèi)。變槳偏航軸承僅在風力風向變化時進行間歇性的轉(zhuǎn)動調(diào)整，因此其強度、硬度的要求相對主軸而言也較低，目前這一類風機軸承已經(jīng)實現(xiàn)了相對較高的國產(chǎn)化率。

　　風電軸承市場格局

　　相較其他風機零部件，作為精密件的軸承生產(chǎn)工藝更復(fù)雜，綜合要求更高，被認為是風機國產(chǎn)化的核心難點之一。

　　由于風機需面臨高低溫差、環(huán)境濕熱、沙塵及潛在海風腐蝕等惡劣應(yīng)用環(huán)境，同時又有極高的運行可靠性與壽命要求，所以相比一般通用軸承，風電軸承的生產(chǎn)工藝上有著顯著的技術(shù)壁壘。

　　根據(jù)WoodMackenzie的統(tǒng)計，全球范圍風電主軸軸承主要由德國、瑞典、日本、美國的廠商供應(yīng)，主軸軸承被外資品牌主導(dǎo)（斯凱孚、舍弗勒、羅特艾德等）。

　　國內(nèi)瓦軸、洛軸、新強聯(lián)、天馬等企業(yè)已經(jīng)形成了一定的風電軸承國產(chǎn)化能力，這幾家國內(nèi)企業(yè)均已經(jīng)成功研制了配套大兆瓦機型的主軸軸承產(chǎn)品。

　　2020年疫情縮短了風電搶裝時間，推動風電主軸承供不應(yīng)求，同時歐洲疫情爆發(fā)對風電軸承全球供應(yīng)鏈造成較大影響，為軸承國產(chǎn)化帶來契機。

　　碳中和加速風電行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，國產(chǎn)化、大型化機組趨勢明顯。隨著國家風電退補進入倒計時，國內(nèi)外新增裝機量進入高位，風機零部件的需求將保持旺盛，產(chǎn)業(yè)鏈將迎來發(fā)展黃金期。

　　風電軸承專業(yè)知識講解

　　軸承屬于風電機組的核心零部件。風電軸承的范圍涉及從葉片、主軸和偏航所用的軸承、到齒輪箱和發(fā)電機中所用的高速軸承。下面就隨小編一起了解風電軸承的那些事吧！

　　風電軸承的主要特點

　　1、使用環(huán)境惡劣；

　　2、高維修成本；

　　3、要求高壽命；

　　風電軸承的分類

　　風力發(fā)電機用軸承主要包括：

　　偏航軸承、變槳軸承、主軸軸承、變速箱軸承、發(fā)電機軸承。

　　即：變槳軸承、偏航軸承、傳動系統(tǒng)軸承(主軸和變速箱軸承)。

　　發(fā)電機軸承

　　軸承類型：深溝球軸承、角接觸軸承等。

　　工況特點：高轉(zhuǎn)速（1000-1500rpm）、高溫（90-120℃）重載。

　　對潤滑脂的要求：優(yōu)異的剪切安定性、良好的氧化安定性、良好的抗磨性能、優(yōu)異的低溫啟動性能等。

　　主軸軸承

　　軸承類型：圓錐滾子軸承、球面軸承等。

　　工況特點：低轉(zhuǎn)速（＜25rpm）、寬溫、重載且變化大、振動、高濕度。

　　對潤滑脂的要求：優(yōu)異的抗磨性能、良好的氧化安定性、優(yōu)異的低溫啟動性能、良好的抗水淋性等。

　　變槳/偏航軸承

　　軸承類型：四點接觸球軸承等。

　　工況特點：停多于轉(zhuǎn)、寬溫、重載、振動、高濕度。

　　對潤滑脂的要求：優(yōu)異的防腐和抗微動磨損性能、優(yōu)異的低溫啟動性能、良好的抗水淋性、良好的氧化安定性等。

　　每臺風力發(fā)電機設(shè)備用偏航軸承（回轉(zhuǎn)支承）1套，變槳軸承（回轉(zhuǎn)支承）3套(部分兆瓦級以下的風力發(fā)電機為不可調(diào)槳葉，可不用變槳軸承)，發(fā)電機軸承（深溝球軸承、圓柱滾子軸承）3套主軸軸承（調(diào)心滾子軸承）2套，共計9套。

　　此外還有變速箱軸承，而變速箱有三種結(jié)構(gòu)形式，第一種形式需裝用軸承15套，第二種形式需裝用軸承18套，第三種形式需裝用軸承23套。這樣，風力發(fā)電機組軸承數(shù)量平均值為27套。

　　風力發(fā)電機用軸承的結(jié)構(gòu)形式主要有四點接觸球軸承、交叉滾子軸承、圓柱滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、深溝球軸承等。偏航軸承安裝在塔架與座艙的連接部，變槳軸承安裝在每個葉片的根部與輪轂連接部位。

　　風電軸承的生產(chǎn)工藝要求

　　1、要控制好鍛造溫度，不要晶粒粗大；

　　2、要控制好調(diào)制質(zhì)工藝，保證其心部的調(diào)質(zhì)組織，從而保證其力學(xué)性能；

　　3、表面的中頻淬火硬化層深度的控制；

　　4、避免表面產(chǎn)生微細裂紋。

　　風電軸承的潤滑分析

　　風電齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速一般在10-20轉(zhuǎn)/分鐘，由于轉(zhuǎn)速比較低，導(dǎo)致輸入軸軸承（也就是行星架支撐軸承）的油膜較難形成。

　　油膜的作用是在軸承運轉(zhuǎn)時分開兩個金屬接觸面，避免金屬與金屬直接發(fā)生接觸。

　　我們可以引入一個參數(shù)λ來表征軸承的潤滑效果。

　　(λ定義為油膜厚度與兩接觸表面粗糙度之和的比值)

　　如果λ>1，說明油膜的厚度足夠分開兩個金屬表面，潤滑效果良好；

　　而如果λ<1，則說明油膜的厚度不足以完全分開兩個金屬表面，潤滑效果不理想。

　　在潤滑不良的情況下運轉(zhuǎn)，軸承有可能會發(fā)生損傷。由于風電齒輪箱一般都采用ISOVG320粘度的循環(huán)潤滑油，因此如果發(fā)現(xiàn)λ小于1，我們一般只能通過降低軸承滾道及滾子的粗糙度來改善潤滑效果。

　　另外，在齒輪箱設(shè)計時，行星架支撐軸承要盡量避免一端軸承的尺寸太小，在實際的應(yīng)用分析中我們發(fā)現(xiàn)即使壽命滿足條件，這種設(shè)計也會導(dǎo)致小軸承的線速度非常低，油膜更加無法形成。

　　風電軸承的承載區(qū)分析

　　在運轉(zhuǎn)軸承的滾子中一般只有一部分同時承受載荷，而這部分滾子所在的區(qū)域我們稱之為軸承的承載區(qū)。

　　軸承承受的載荷大小，運行游隙的大小都會對承載區(qū)產(chǎn)生影響。如果承載區(qū)范圍太小，滾子在實際的運轉(zhuǎn)中則容易發(fā)生打滑現(xiàn)象。

　　對于風電齒輪箱而言，如果主軸的設(shè)計采用雙軸承支撐的方案，那么理論上只有扭矩傳遞到齒輪箱。在這種情況下，經(jīng)過簡單的受力分析，我們不難發(fā)現(xiàn)行星架支撐軸承承受的載荷是比較小的，因此軸承的承載區(qū)往往也比較小，滾子容易發(fā)生打滑。在風電齒輪箱設(shè)計中行星架支撐軸承一般采用兩個單列圓錐軸承或者兩個滿滾子圓柱軸承的方案。

　　我們可以通過適當預(yù)緊圓錐滾子軸承或者減小圓柱滾子軸承游隙的方法來提高承載區(qū)。圖二給出的是減少游隙前后承載區(qū)的比較。

　　風電軸承的使用技術(shù)

　　設(shè)計與分析：仍以經(jīng)驗類比設(shè)計為主，受力分析與載荷譜的研究幾近空白。其中的難點技術(shù)是針對主軸軸承的要求無故障運轉(zhuǎn)達13*104h以上，并具有95%以上的可靠度；針對齒輪箱軸承的高損壞率的高載荷容量設(shè)計等。

　　材料：不同部位的軸承采用不同的材料及熱處理，如提高偏航和變槳軸承用40CrMo鋼的低溫（環(huán)境溫度-40℃∽-30℃，軸承工作溫度在-20℃左右）沖擊功等力學(xué)性能的熱處理方法，表面感應(yīng)淬火的淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋的控制；增速器軸承用相當于國外STF、HTF鋼的研制及控制其殘余奧氏體最佳含量的研究；主軸軸承在國產(chǎn)真空脫氣鋼質(zhì)量尚存在一定差距的情況下，采用電渣重熔滲碳鋼ZG20Cr2Ni4A制造等。